Claims (1)
Zastrzeżenie patentowePatent claim
Układ modulatora z filtrem cyfrowym zawierający prekoder, filtr dolnoprzepustowy, rejestr przesuwny szeregowo-równoległy oraz modulator kąta, znamienny tym, że prekoder (1) dołączony jest do pierwszego wejścia układu modyfikacji danych (2), mającego wyjście dołączone do rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego (3), dołączonego na wyjściu wielotorowo do wieloczłonowej drabinki rezystorowej (4), z której liczne wyjścia są dołączone odpowiednio do wejścia minusowego i wejścia plusowego sumatora (5), mającego wyjście, poprzez filtr dolnoprzepustowy (6) i układ dopasowujący (7), dołączone do modulatora kąta (8), którego wyjście (WY) jest wyjściem sygnału cyfrowego modulatora, przy czym wyjście rejestru przesuwnego szeregoworównoległego (3) jest dodatkowo dołączone do drugiego wejścia układu modyfikacji danych (2), a rejestr przesuwny szeregowo-równoległy (3), wieloczłonowa drabinka rezystorowa (4) oraz sumator (5) tworzą cyfrowy filtr transwersalowy.A digital filter modulator circuit comprising a precoder, a low pass filter, a series-parallel shift register, and an angle modulator, characterized in that a precoder (1) is connected to a first input of the data modification circuit (2) having an output coupled to a series-parallel shift register ( 3), connected at the output in a multi-path to a multi-segment resistor ladder (4), of which numerous outputs are connected to the negative input and the plus input of the adder (5), respectively, having an output through a low-pass filter (6) and a matching circuit (7), attached to the angle modulator (8), the output (WY) of which is the output of the digital modulator signal, the output of the serial-parallel shift register (3) is additionally connected to the second input of the data modification circuit (2), and the series-parallel shift register (3), the multi-segment resistor ladder (4) and the adder (5) form a digital transversal filter.
Przedmiotem wynalazku jest układ modulatora z filtrem cyfrowym.The present invention relates to a modulator circuit with a digital filter.
Wynalazek dotyczy budowy układów modulacji cyfrowej, stosowanych w transmisji mowy i danych z szybkościami powyżej 2.400 bit/s z przekształceniem przebiegu wejściowego. Transmisja cyfrowa mowy i danych ze znacznymi szybkościami bitowymi wymaga zastosowania odpowiedniego przekształcenia przebiegu wejściowego cyfrowego (danych) na przebieg analogowy o możliwie wąskim widmie częstotliwości, co jest spowodowane ograniczeniami szerokości pasm rzeczywistych kanałów transmisji. Przekształcony odpowiednio do takich potrzeb sygnał może być następnie przesyłany łączami telefonicznymi lub modulować przebieg wysokiej częstotliwości w systemach łączności bezprzewodowej. Istnieje szereg metod modulacji cyfrowej pozwalających na przekształcenia przebiegu wejściowego cyfrowego na sygnał dopasowany do odpowiedniego kanału komunikacyjnego, które są realizowane w urządzeniach zwanych modulatorami cyfrowymi.The invention relates to the construction of digital modulation systems used in speech and data transmission at rates above 2,400 bit / s with input waveform transformation. Digital transmission of speech and data at high bit rates requires the use of an appropriate conversion of the digital input (data) waveform into an analog waveform with as narrow a frequency spectrum as possible, which is caused by bandwidth limitations of the actual transmission channels. The signal transformed according to such needs can then be sent over telephone lines or modulate the high frequency waveform in wireless communication systems. There are a number of digital modulation methods that allow the digital input waveform to be converted into a signal matched with the appropriate communication channel, which are implemented in devices called digital modulators.
Znane są i stosowane liczne rozwiązania modulatorów cyfrowych w układach transmisji danych w systemach z odbiorem koherentnym i niekoherentnym. Znane jest między innymi rozwiązanie modulatora cyfrowego według opisu patentowego PL nr 147 866, który składa się z prekodera mającego na pierwszym wejściu doprowadzony sygnał danych cyfrowych i wyjście przyłączone do pierwszego wejścia rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego, którego wyjście jest dołączone do odpowiedniej liczby wejść adresowych pamięci stałej, oraz dołączone równolegle poprzez rejestr przestrzeni fazowej do odpowiedniej liczby innych wejść adresowych tejże pamięci stałej. Ma ona w tym rozwiązaniu dołączony na odrębnych wejściach przełącznik oraz licznik interpolacyjny sprzężony na wejściu z blokiem zegarowym mającym przełącznik. Blok ten ma na wyjściu połączenie równoległe z drugim z wejść rejestru przestrzeni fazowej, z drugim wejściem rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego, oraz z drugim z wejść prekodera. Tor wyjściowy pamięci stałej jest poprzez specjalny bufor przyłączony do przetwornika cyfrowo-analogowego mającego na wyjściu poprzez filtr dolno lub środkowo-przepustowy oraz mieszacz połączenie z odrębnym wąskopasmowym filtrem środkowo-przepustowym, mającym wyjście transmisji danych cyfrowych. Blok zegarowy jest w tym rozwiązaniu równolegle przyłączony do drugiego wejścia bufora oraz do wejścia oscylatora przyłączonego z kolei do drugiego z wejść wymienionego mieszacza.Numerous solutions of digital modulators in data transmission systems in systems with coherent and incoherent reception are known and used. There is known, inter alia, the solution of a digital modulator according to the patent description PL 147 866, which consists of a precoder having on a first input a digital data signal and an output connected to the first input of a series-parallel shift register, the output of which is connected to the corresponding number of memory address inputs. constant, and connected in parallel through the phase space register to the appropriate number of other address inputs of this permanent memory. In this solution it has a switch connected on separate inputs and an interpolation counter coupled at the input with a clock block having a switch. This block is output in parallel to the second of the phase space register inputs, to the second input of the series-parallel shift register, and to the other of the precoder inputs. The output path of the permanent memory is connected through a special buffer to a digital-to-analog converter having at the output through a low-pass or band-pass filter and a mixer a connection to a separate narrowband band-pass filter, having an output for digital data transmission. The clock block is in this embodiment connected in parallel to the second input of the buffer and to the input of an oscillator connected in turn to the second of the inputs of said mixer.
Inne znane i stosowane rozwiązanie modulatora cyfrowego do systemów z odbiorem niekoherentnym według opisu patentowego PL nr 149251 charakteryzuje się tym, że oprócz prekodera, rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego, pamięci stałej, licznika interpolacyjnego oraz układu zegarowego, ma na drugim z wejść rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego przyłączony licznik interpolacyjny, a na drugim z wejść dołączony prekoder. Tor wyjściowy z pamięci stałej w tym rozwiązaniu modulatora jest poprzez bufor przyłączony do przetwornika cyfrowo155 409 analogowego, mającego podobnie jak opisano filtr dolno-przepustowy, wyjście z którego jest przyłączone do wejścia modulatora kąta, z którego wyjście jest wyjściem danych cyfrowych transmisji z układu.Another known and used solution of a digital modulator for systems with incoherent reception according to the patent description PL No. 149251 is characterized by the fact that, in addition to the precoder, the series-parallel shift register, the constant memory, the interpolation counter and the clock circuit, it has on the other of the inputs of the series-parallel shift register. connected interpolation counter, and connected precoder on the second of the inputs. The output path from the permanent memory in this modulator solution is through a buffer connected to an analog converter having a low-pass filter like the described, the output from which is connected to the input of the angle modulator, from which the output is the output of digital transmission data from the system.
Znane i opisane rozwiązania modulatorów kwadraturowych stosowanych zwłaszcza w systemach z odbiorem koherentnym ze względu na właściwą jemu stałość indeksu modulacji sygnału wyjściowego nie dają możliwości zastosowania w radiotelefonach zawierających w dalszych stopniach po modulatorze układy powielania cząstotliwości, zwłaszcza wtedy, gdy radiotelefony te są przeznaczone do szybkiej transmisji cyfrowej mowy i danych z szybkościami bitowymi powyżej 2.400 bit/s.The known and described solutions of quadrature modulators, used especially in systems with coherent reception, due to their inherent stability of the output signal modulation index, do not allow the use in radiotelephones with frequency multiplication systems downstream of the modulator, especially when these radios are designed for fast transmission digital speech and data at bit rates greater than 2,400 bits / s.
Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania nowego układu modulatora cyfrowego do układów stosowanych w szybkiej transmisji cyfrowej mowy i danych, charakteryzującego się znaczną prostotą układową, małym poborem mocy oraz dużą dokładnością odwzorowania przebiegu przetwarzanego sygnału.The invention solves the problem of developing a new digital modulator system for systems used in high-speed digital transmission of speech and data, characterized by considerable system simplicity, low power consumption and high accuracy of mapping the processed signal.
Układ modulatora z filtrem cyfrowym zawierający prekoder, filtr dolnoprzepustowy, rejestr przesuwny szeregowo-równoległy, oraz modulator kąta charakterystyczny tym, według wynalazku, że prekoder dołączony jest do pierwszego wejścia układu modyfikacji danych, mającego wyjście dołączone do rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego, dołączonego na wyjściu wielotorowo do wieloczłonowej drabinki rezystorowej, z której liczne wyjścia są dołączone odpowiednio do wejścia minusowego i wejścia plusowego sumatora. Ma on wyjście, poprzez filtr dolnoprzepustowy i układ dopasowujący, dołączone do modulatora kąta, którego wyjście jest wyjściem sygnału cyfrowego modulatora. Wyjście rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego jest dodatkowo dołączone do drugiego wejścia układu modyfikacji danych, a rejestr przesuwny szeregowo-równoległy, wieloczłonowa drabinka rezystorowa oraz sumator tworzą cyfrowy filtr transwersalowy.A digital filter modulator circuit comprising a precoder, a low pass filter, a series-parallel shift register, and an angle modulator, characterized in that the precoder is connected to a first input of the data modification circuit having an output coupled to a series-parallel shift register connected at the output. multi-path to a multi-segment resistor ladder from which multiple outputs are connected to the minus input and the plus input of the totalizer, respectively. It has an output through a low-pass filter and a matching circuitry connected to the angle modulator, the output of which is the digital signal output of the modulator. The output of the series-parallel shift register is additionally connected to the second input of the data modification circuit, and the series-parallel shift register, the multi-segment resistor ladder, and the adder form a digital transverse filter.
Układ według wynalazku dzięki zastosowaniu w nim scalonego wzmacniacza operacyjnego oraz układów typu CMOS pobiera minimalną moc, a dzięki zastosowaniu w jego drabince rezystorowej rezystorów wykonywanych w technologii cienkowarstwowej, nadaje się łatwo do hybrydyzacji i miniaturyzacji. Dzięki tym właściwościom układ według wynalazku może znaleźć szerokie zastosowanie nie tylko w radiotelefonach przenośnych i noszonych, ale również w modemach przewodowych. Wyeliminowanie w rozwiązaniu według wynalazku pamięci stałej ROM i zastosowanie w jej miejsce układów w technologii CMOS, pozwala na dużą uniwersalność aplikacji układu, przy zminimalizowanym poborze mocy.The circuit according to the invention, thanks to the use of an integrated operational amplifier and CMOS type circuits, consumes minimal power, and thanks to the use of resistors in the thin-film technology in its resistor ladder, it is easily hybridized and miniaturized. Due to these properties, the system according to the invention can be widely used not only in portable and wearable radios, but also in wired modems. The elimination of the fixed ROM memory in the solution according to the invention and the use of CMOS technology in its place, allows for high versatility of the system application, with minimized power consumption.
Wynalazek w przykładzie wykonania jest zobrazowany na rysunku przedstawiającym schemat blokowy modulatora z filtrem cyfrowym.The invention, in an embodiment, is illustrated in the drawing showing a block diagram of a modulator with a digital filter.
Jak pokazano na rysunku układ modulatora z filtrem cyfrowym ma prekoder 1 dołączony do pierwszego wejścia układu modyfikacji danych 2, mającego wyjście dołączone do rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego 3, dołączonego na wyjściu wielotorowo do wieloczłonowej drabinki rezystorowej 4, z której liczne wyjścia są dołączone odpowiednio do wejścia minusowego i wejścia plusowego sumatora 5. Wyjście sumatora 5 jest poprzez filtr dolnoprzepustowy 6 i układ dopasowujący 7 dołączone do modulatora kąta 8, którego wyjście WY jest wyjściem sygnału cyfrowego modulatora. Wyjście rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego 3 jest dodatkowo dołączone do drugiego wejścia układu modyfikacji danych 2, a rejestr przesuwny szeregowo-równoległy 3, wieloczłonowa drabinka rezystorowa 4 oraz sumator 5 stanowią filtr transwersalowy.As shown in the figure, the digital filter modulator circuit has a precoder 1 connected to the first input of data modification circuit 2 having an output coupled to a series-parallel shift register 3 output connected in multiple paths to a multi-segment resistor ladder 4, of which multiple outputs are connected respectively to the negative input and the positive input of the adder 5. The output of the adder 5 is through a low-pass filter 6 and a matching circuit 7 connected to the angle modulator 8, whose output WY is the digital signal output of the modulator. The output of the series-parallel shift register 3 is additionally connected to the second input of the data modification circuit 2, and the series-parallel shift register 3, the multi-segment resistor ladder 4 and the adder 5 constitute a transverse filter.
Układ modulatora z filtrem cyfrowym w przykładowym wykonaniu przedstawionym na rysunku działa następująco: dane cyfrowe pochodzące ze źródła danych lub np. z kodeka delta podawane są wejściem WE na prekoder 1 o konstrukcji uzależniowej od realizowanej w układzie metody modulacji. Funkcją tego prekodera jest zabezpieczenie dekodera danych w odbiorniku przed zjawiskiem powielania błędów. Dane wyjściowe B z prekodera 1 podawane są na układ modyfikacji danych 2, a z niego po zmodyfikowaniu jako dane C kierowane są na wejście rejestru przesuwnego szeregowo-równoległego 3. Rejestr ten przesuwa dane z częstotliwością n krotnie wyższą od częstotliwości odpowiadającej prędkości bitowej danych wejściowych. Wartość n zależy od przyjętej dokładności przebiegu wyjściowego i oznacza ona ilość próbek odpowiedzi impulsowej filtru, przypadających na czas trwania jednego bitu transmitowanych danych wejściowych.The modulator circuit with a digital filter in the exemplary embodiment shown in the drawing works as follows: digital data from a data source or, for example, from the delta codec is fed through the input WE to the precoder 1 with a structure dependent on the modulation method implemented in the system. The function of this precoder is to protect the data decoder in the receiver against the duplication of errors. The output B from precoder 1 is fed to the data modification circuit 2, and from it modified as data C is directed to the input of the series-parallel shift register 3. This register shifts the data at a frequency n times higher than the frequency corresponding to the input data bitrate. The value of n depends on the adopted accuracy of the output waveform and it represents the number of samples of the impulse response of the filter for the duration of one bit of the transmitted input data.
155 409155 409
Długość rejestru przesuwnego zależy od liczby n oraz od czasu trwania realizowanej odpowiedzi impulsowej filtru transwersalowego, co wiąże się z rodzajem realizowanej w układzie według wynalazku metody modulacji. Wyjście z każdej komórki rejestru przesuwnego szeregoworównoległego podłączone jest poprzez rezystor zawarty w wieloczłonowej drabince rezystorowej 4 do wejścia plusowego lub minusowego sumatora napięciowego 5, przy czym wartość każdego z rezystorów drabinki rezystorowej 4 odpowiada wartości właściwego współczynnika realizowanej odpowiedzi impulsowej filtru transwersalowego. Przebiegi poszczególnych wyjść rejestru 3 po wymnożeniu przez te współczynniki (którymi są wartości rezystancji rezystorów w liczbach bezwzględnych), sumowane są algebraicznie w sumtorze 5.The length of the shift register depends on the number n and the duration of the transversal filter impulse response, which is related to the type of modulation method implemented in the inventive circuit. The output from each cell of the series-parallel shift register is connected via a resistor in the multi-segment resistor ladder 4 to the input of the positive or negative voltage adder 5, the value of each resistor of the resistor ladder 4 corresponding to the value of the appropriate transversal filter impulse response factor. The waveforms of individual outputs of register 3 after multiplication by these coefficients (which are the resistance values of resistors in absolute numbers) are added algebraically in the adder 5.
Sposób sumowania zależy od kształtu realizowanej odpowiedzi impulsowej. Jeżeli zawiera ona współczynniki o wartościach ujemnych, to połączone są one do wejścia minusowego sumatora napięciowego 5. Układ modyfikacji danych 2 zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku ma na celu bezpośrednie powiązanie wartości obliczonych współczynników odpowiedzi impulsowej filtru z odpowiednimi wartościami rezystorów wagowych. Ze względu na to, że rejestr przesuwny szeregowo-równoległy przesuwa dane z częstotliwością n-krotnie większą od częstotliwości z jaką wprowadzane są dane WE do układu prekodera 1 i dane B z prekodera 1 do układu modyfikacji danych 2, układ modyfikacji danych zmienia przychodzącą na jego wejście daną o wartości „1“ na ciąg danych 1.00....0, gdzie liczba zer po wartości „1“ wynosi n-1. Przychodząca na wejście do układu modyfikacji 2 dana o wartości „O“jest zamieniana na ciąg n zer, to jest na ciąg 0,00......0. Do realizacji tej operacji układ modyfikacji danych 2 może wykorzystywać połączenie z pierwszym wyjściem równoległym rejestru przesuwnego 3.The method of summation depends on the shape of the impulse response being realized. If it contains negative coefficients, they are connected to the minus input of the voltage adder 5. The data modification circuit 2 used in the solution according to the invention aims to directly relate the values of the calculated filter impulse response coefficients to the corresponding values of the weighting resistors. Since the series-parallel shift register shifts data at a frequency n times greater than the frequency at which WE input into precoder circuit 1 and data B from precoder 1 into data modification circuit 2, the data modification circuit changes the incoming data to its input with the data value "1" to the data string 1.00 .... 0, where the number of zeros after the value "1" equals n-1. The data with the value "O" coming to the input to modification 2 is converted into a sequence of n zeros, that is, into the sequence 0.00 ...... 0. Data modification circuit 2 may use a connection to the first parallel output of shift register 3 to perform this operation.
Przebieg wyjściowy z układu sumatora 5 podawany jest w rozwiązaniu według wynalazku na filtr dolnoprzepustowy 6, mający za zadanie eliminację schodków wynikających z sumowania skwantowanych w opisany sposób wartości napięć. Przebieg wyjściowy filtru dolnoprzepustowego 6 podawany jest przez układ dopasowujący 7 na modulator kąta 8. Jeżeli modulator ten jest modulatorem typu częstotliwościowego, to przebieg wyjściowy z filtru dolnoprzepustowego 6 może być podawany na niego bezpośrednio, natomiast w przypadku zastosowania modulatora typu fazowego, przebieg wyjściowy z filtru dolnoprzepustowego 6 podawany jest na niego przez układ dopasowujący 7, na przykład przez integrator odpowiedniego rodzaju.The output waveform from the adder circuit 5 is, in the solution according to the invention, sent to the low-pass filter 6, whose task is to eliminate the steps resulting from summing the voltages quantized in the described manner. The output waveform of the lowpass filter 6 is fed by the matching circuit 7 to the angle modulator 8. If the modulator is a frequency type modulator, the output waveform from the lowpass filter 6 can be directly fed to it, while in the case of a phase type modulator, the output waveform from the filter of the lowpass 6 is fed thereto by the matching circuit 7, for example by an integrator of a suitable type.
Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation 100 copies
Cena 3000 złPrice: PLN 3,000